重费米子材料和磁性拓扑绝缘体薄膜的量子输运研究

• 作 者: 张树峰
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院大学
• 发表日期: 2016年期
• 关键词: 量子输运 重费米子材料 磁性拓扑 绝缘体薄膜 非平衡格林函数

量子输运是研究材料性质的重要手段。近些年来随着实验技术的进步，量子输运在凝聚态系统的研究中发挥了重要作用。本论文主要通过非平衡格林函数方法研究重费子材料和磁性拓扑绝缘体薄膜的量子输运性质。　　(1)我们研究了正常态重费米子材料的电输运性质。我们采用了大U极限近似下的周期性Anderson模型。着重研究了Fano和空间路径干涉效应、探针和样品的耦合强度及其与能带特征，如杂化能隙和范霍夫奇异点，之间的竞争与合作。我们发现在探针和样品接触界面较大的情形，空间干涉效应会压制杂化能隙附近的电导谱。这是由于空间干涉导致电子到样品中布洛赫态的跃迁是动量依赖的。我们认为这对应于点接触测量的情形，因为点接触区域的面积通常是较大的。考虑到重费米子材料中f电子的能带会被重整化到费密面附近，这一压制效应导致点接触测量会丢失f电子的部分信息。Fano干涉源于电子到巡游导带和经由局域的f电子能带再进入导带之间的干涉效应。我们发现这会导致电导谱中出现极小值，进而增加电导谱的非对称特征。此外，我们发现在探针和样品局域耦合的情形，增强耦合强度会导致在杂化能隙内出现电导峰。这是源于局域束缚态的出现。　　(2)我们研究了磁场和门电压对处在量子反常霍尔(QAH)相的磁性拓扑绝缘体薄膜的影响。我们计算了体系相应于门电压和费密能的相图。我们发现门电压会破坏QAH相，并在其取值极大时形成平庸的相。QAH的电阻平台不会被磁场破坏，并且在强磁场下演化到量子霍尔效应的相。适当强度的磁场在某些参数下会导致一个类似量子自旋霍尔效应的相。在标准的六端口霍尔测量中，我们发现磁场会导致一些霍尔电阻和纵向电阻的取值均为分数的平台。